10kV高壓開關(guān)柜電氣設(shè)備在線測溫系統(tǒng)應(yīng)用研究

馮亦佳 張治忠

摘? 要：本文結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)中封閉式10kV高壓開關(guān)柜的工程應(yīng)用需求，提出新型無源無線溫度傳感方法和開關(guān)柜無線測溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，最后結(jié)合變電站的掛網(wǎng)測試算例說明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應(yīng)用效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用可有效提高電網(wǎng)運行部門的設(shè)備巡檢自動化水平，加強電網(wǎng)設(shè)備的安全管控，同時具有廣泛的工程應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無線測溫;在線監(jiān)測;開關(guān)柜;傳感器技術(shù)

中圖分類號：TM591;TP212.11? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0179-03

Application Research on Online Temperature Measurement System of

10kV High Voltage Switchgear Electrical Equipment

FENG Yijia，ZHANG Zhizhong

（State Grid Zhejiang Yueqing Power Supply Co.，Ltd.，Yueqing? 325600，China）

Abstract：This paper combines the engineering application requirements of closed 10kV high voltage switchgear in power grid system，and proposes a new passive wireless temperature sensing method and monitoring technology of switchboard wireless temperature measurement intelligent monitoring system. Finally，the installation process and application effect of the monitoring system are illustrated by a test example of substation network connection. The application of the system can effectively improve the level of equipment inspection automation of the grid operation department，strengthen the safety control of the grid equipment，and has a wide range of engineering application prospects.

Keywords：wireless temperature measurement;online monitoring;switchgear;sensor technology

0? 引? 言

如今，對變電站設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測無法實現(xiàn)全自動化監(jiān)控，部分溫度監(jiān)測裝置十分落后，部分溫度監(jiān)測裝置是定制完成的，用途相對狹窄。另外，當前并沒有對測溫裝置制定統(tǒng)一的規(guī)范，通用性不強，要實現(xiàn)電器元件的替換難度較高。因此，為了實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測，就必須結(jié)合公司現(xiàn)有的電站設(shè)備，對變電站關(guān)鍵部位溫度監(jiān)測需求進行分析，研制出滿足變電站全自動化溫度監(jiān)測的系統(tǒng)。

1? 封閉高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)分析

變電站設(shè)備溫度監(jiān)測是指通過監(jiān)測設(shè)備對變電站關(guān)鍵部件的溫度進行實時監(jiān)測，以了解設(shè)備的溫度變化情況，并做好實時預(yù)警工作，以減少高壓開關(guān)柜運行事故的發(fā)生。因此，實時在線測溫具有以下兩種功能：一是實時監(jiān)測溫度，了解設(shè)備運行狀態(tài)，并做好應(yīng)急處理，減少事故發(fā)生;二是實現(xiàn)無人化的24小時實時監(jiān)控，減少人力消耗，降低運行成本。高壓開關(guān)柜在測溫技術(shù)上具有一定的先進性，運行安全可靠。裝置需要在開關(guān)柜內(nèi)長期穩(wěn)定運行，對于系統(tǒng)和裝置都需要達到兼容性和經(jīng)濟性的要求，方便系統(tǒng)后期的拓展。以上幾方面的要求需要對測溫環(huán)境進行分析，對測溫方法及時進行對比分析，找到適合現(xiàn)場環(huán)境的最佳測溫方法。

表1可以看出，采用無源無線測溫技術(shù)，使10kV配網(wǎng)設(shè)備接點溫度能夠得到實時在線的監(jiān)測。采用無線傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高低壓電子元器件的物理絕緣，有效避免電子元器件之間的光波產(chǎn)生。另外，無線傳感器的安裝十分便捷，無需通信電線，后期維護簡單。無源無線測溫方式彌補了其他傳感方式的缺陷，是電力系統(tǒng)溫度傳感技術(shù)上一個新的突破，具有很強的技術(shù)創(chuàng)新性。

所以，本系統(tǒng)擬定采用無源無線的聲表面波溫度傳感器，以最大化的減少線路改裝，提升安裝和維護效率。

2? 10kV開關(guān)柜無源無線測溫系統(tǒng)框架分析

本系統(tǒng)擬定采用多變電站解決應(yīng)用，高壓設(shè)備無源無線溫度實時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)主要由采集設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用樹狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各級變電站的高壓室為第一層，在高壓室中的每個封閉式開關(guān)柜內(nèi)安裝無源無線溫度傳感采集設(shè)備，主要包含6個無源無線溫度傳感器（感溫裝置）和1個無線測溫終端機（終端設(shè)備）。其中6個傳感器分別安裝在易發(fā)熱的接觸點位置，如出線接頭、梅花觸頭、進線接頭等，終端機安裝在開關(guān)柜內(nèi)的低壓室內(nèi)。變電站為第二層，在每個變電站設(shè)置1個無線測溫前置機，收集來自各采集終端機設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至巡檢中心。巡檢中心為第三層，每個巡檢中心需配置1臺監(jiān)控服務(wù)器，用來顯示并處理各變電站內(nèi)高壓設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。如有需要，各巡檢中心還可將溫度信號發(fā)送至電力公司的主站服務(wù)器。系統(tǒng)的主站服務(wù)為第四層，可以為后臺服務(wù)人員提供準確的溫度信息，方便及時作出安排處理。

鎧裝開關(guān)柜電氣設(shè)備無源無線測溫系統(tǒng)主要實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警和報警雙重設(shè)置，防范于未然，操作簡單合理，數(shù)據(jù)顯示豐富全面，其以下功能主要通過第三和第四層來實現(xiàn)：

（1）可以全天候監(jiān)測高壓開關(guān)柜的溫度變化，及時作出缺陷判斷。

（2）可以保存電氣設(shè)備的歷史溫度值，方便后期對比和判斷。

（3）可以進行溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析并繪制圖表，方便查看。

（4）可以對溫度值進行高溫預(yù)警，防范監(jiān)測。

3? 無源無線溫度監(jiān)測的應(yīng)用

3.1? 總體工程應(yīng)用思路

本文設(shè)計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)將直接采用溫度傳感器去采集關(guān)鍵設(shè)備上的溫度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給系統(tǒng)的核心部件。將這些核心部件的溫度收集完成后，系統(tǒng)設(shè)定算法對溫度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并按照各個零部件預(yù)設(shè)的溫度設(shè)置實時報警等功能。最終，系統(tǒng)將分析得出的相關(guān)結(jié)論傳遞給設(shè)備運維部門，設(shè)備運維部門將根據(jù)系統(tǒng)傳遞的結(jié)果進行綜合分析，并且制定設(shè)備運維管理措施，減少設(shè)備故障次數(shù)和時間，提高配電運行效率。

3.2? 前期工程安裝

變電站總共有8個開關(guān)柜，本次設(shè)計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括兩部分，一部分為傳感器，每個開關(guān)柜設(shè)有12個溫控監(jiān)測點，合計96個溫度傳感器。另一部分為數(shù)據(jù)組網(wǎng)，溫度監(jiān)測裝置16臺、監(jiān)測主機2臺。將前期施工流程劃分為7個步驟，如表2所示，從施工前的碰頭會開始，到前期準備工作、安裝、調(diào)試、測試、到竣工驗收，都有較為明確的施工標準，以確保無源無線溫度檢測系統(tǒng)安裝完成。

4? 效益分析

（1）無源無線測溫系統(tǒng)的投入使用，可以對開關(guān)柜的溫度進行7*24h不間斷的實時監(jiān)測，及時發(fā)送準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，防止因為電氣設(shè)備溫度過高而造成電網(wǎng)故障。另外，該系統(tǒng)提供實時報警功能，可以實現(xiàn)防范于未然，避免不可預(yù)估的損失產(chǎn)生。

（2）無源無線測溫系統(tǒng)的使用將之前的“被動檢修”改變成為“主動檢修”。可以為狀態(tài)檢修提供事前的數(shù)據(jù)準備，不斷提高電網(wǎng)的安全運行水平和供電可靠性。當前供電公司已經(jīng)對部分變電站的開關(guān)柜進行溫度在線監(jiān)測，實現(xiàn)對“狀態(tài)檢修”提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。通過該系統(tǒng)的投入使用也可以提高巡檢效率，減少運維人員工作量，提升供電運行效率。

（3）本系統(tǒng)投入運行后，就可以不用安排檢修人員進行定期現(xiàn)場維護，并且能夠?qū)崟r了解設(shè)備運行溫度，發(fā)現(xiàn)溫度變化即刻預(yù)警，可以減少設(shè)備運行故障發(fā)生次數(shù)和時間，提高供電質(zhì)量，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益，也能夠保證用電企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)。假設(shè)本系統(tǒng)投入使用后，每年減少1次停電檢修，檢修時間為8h，出線間隔平均300A負荷電流（約5MW），則本項目8個間隔，每年可以多供電8*5MW*8h=320MWh，以每kWh電量價值0.6元計算，則可為企業(yè)多創(chuàng)造效益約19.2萬元，剛才計算的僅僅是本系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟效益。在實際生活生產(chǎn)過程中，本系統(tǒng)還能夠減少停電次數(shù)，提高供電質(zhì)量，為供電企業(yè)贏得較好的口碑和效益。

5? 結(jié)? 論

本文結(jié)合公司目前的電氣設(shè)備狀況，并且從開關(guān)柜測溫的傳感器技術(shù)、供能技術(shù)、通信技術(shù)等幾個角度進行分析，確定采用無源無線在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文主要從研究開關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析，對測溫方式進行對比分析，制定符合高壓開關(guān)柜的測溫方式并進行現(xiàn)場安裝測試，實施效果良好。本文就目前的推廣度進行了分析，認為通過系統(tǒng)的安全運行可以帶來一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

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作者簡介：馮亦佳（1986-），男，漢族，浙江樂清人，工程師，本科，研究方向：電氣工程;張治忠（1986-），男，漢族，浙江樂清人，工程師，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。